KR101538266B1 - 복합 하전 타입의 전기 집진장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

집진실의 증설 없이도 집진 효율을 향상시킬 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 복합 하전 타입 전기 집진장치는, 배가스에 포함된 분진이 포집되는 복수개의 집진실을 포함하는 본체; 상기 복수개의 집진실 중 제1 집진실에 설치되고, 상기 제1 집진실에 직류고전압을 인가하여 상기 제1 집진실에서 전기 집진을 수행하는 DC 하전장치; 상기 제1 집진실의 후단에 배치된 제2 집진실에 설치되고, 상기 제2 집진실에 직류 고전압 및 펄스전압을 인가하여 상기 제2 집진실에서 전기 집진을 수행하는 마이크로 펄스 하전장치; 및 상기 DC 하전장치 및 상기 마이크로 펄스 하전장치의 운전을 제어하는 상위 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 하전 타입의 전기 집진장치 및 그 제어방법{Hybrid Discharge Type Electrostatic Precipitator and Method for Controlling The Same}
본 발명은 전기 집진장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전기 집진장치의 제어에 관한 것이다.
화력 발전소나 소결공장 등과 같은 대규모 분진 배출 플랜트에서는 진기 집진장치가 필수적으로 사용된다. 전기 집진장치는 배가스가 배출되는 스택의 분진배출량을 환경법에서 규정된 기준치 이하로 저감시키기 위해 배가스에 함유된 분진을 정전기력을 이용하여 제거하는 역할을 하는 환경설비이다. 최근에는 분진 배출 농도 및 미세분진에 대한 규제가 강화되는 추세에 있기 때문에 전기 집진장치의 집진 효율 향상의 필요성이 대두되고 있다.
전기 집진장치는 고전압을 공급하는 하전장치를 통해 공기 중에 전하를 인가하여, 인가된 전하가 분진을 둘러싼 상태에서 전계의 작용에 의하여 집진판으로 이동 하도록 한 후 집진판을 추타하여 분진을 하부로 낙하시킴으로써 공기중의 분진을 제거한다.
일반적인 전기 집진장치의 동작원리를 도 1을 참조하여 간단히 설명한다.
도 1은 일반적인 전기 집진장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면으로 전기집진장치에 직류전압을 공급하는 DC 하전장치를 이용한 전기 집진장치를 예로 든 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 방전극에 음전압이 인가되면 방전극을 통하여 코로나 방전이 발생하여 음이온이 공기 중에 방전되고, 공기중에 인가된 음이온은 공기 중의 분진을 둘러싸서 분진이 (-)전리되게 된다.
집진극에는 음이온을 끌어들일 수 있도록 양 전압이 인가되고, 전리된 분진은 집진극으로 이동하게 되며, 집진극에 이르러서 분진을 둘러싼 음이온은 집진극으로 이동하여 집진극을 통해 다시 전원으로 돌아가게 되고, 음이온을 잃은 분진은 더 이상 집진극에 머물지 못하고 하부로 낙하하여 수집실(미도시)에 수집되게 된다.
상술한 바와 같은 전기 집진장치의 경우 일반적으로 복수개의 집진실로 구성되기 때문에 각 집진실 별로 하나의 하전장치가 연결되고, 이때 각 집진실에 연결되는 하전장치는 모두 동일한 하전방식의 하전장치가 연결된다. 예컨대, 전기 집진장치가 5개의 집진실로 구성되는 경우 5개의 집진실에는 모두 DC 하전장치가 연결된다.
하지만, 대규모 분진 배출 플랜트에서 배출되는 분진의 경우 분진의 크기나 비저항이 일정하지 않기 때문에, 상술한 바와 같이 모든 집진실에 DC 하전장치만을 연결하는 경우 큰 입자-저비저항을 갖는 분진의 포집에는 유리하지만 미세입자-고비저항(High Resistivity)을 갖는 분진의 포집에는 불리하다는 단점이 있다.
따라서, 모든 집진실에 DC 하전장치가 연결되어 있는 일반적인 전기 집진장치의 집진 효율을 향상시키기 위해서는 집진실을 증설하여야 하지만, 집진실은 그 부피가 매우 커 집진실 증설을 위한 부지확보나 비용 측면에서 집진실의 증설이 쉽지 않다는 문제점이 있다. 더욱이, 전기 집진장치의 전단 및 후단에 이미 다른 설비들이 설치되어 있는 경우 집진실의 증설 자체가 불가능하여, 결과적으로 집진 효율을 향상시키는 것이 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 집진실의 증설 없이도 집진 효율을 향상시킬 수 있는 복합 하전 타입의 전기 집진장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 DC 하전장치에서 출력되는 직류전류의 값을 통해 전기 집진장치의 부하상태를 판단할 수 있는 복합 하전 타입의 전기 집진장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 펄스 하전장치의 운전 파라미터들을 자동으로 설정할 수 있는 복합 하전 타입의 전기 집진장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 복합 하전 타입의 전기 집진장치는, 배가스에 포함된 분진이 포집되는 복수개의 집진실을 포함하는 본체; 상기 복수개의 집진실 중 제1 집진실에 설치되고, 상기 제1 집진실에 직류고전압을 인가하여 상기 제1 집진실에서 전기 집진을 수행하는 DC 하전장치; 상기 제1 집진실의 후단에 배치된 제2 집진실에 설치되고, 상기 제2 집진실에 직류 고전압 및 펄스전압을 인가하여 상기 제2 집진실에서 전기 집진을 수행하는 마이크로 펄스 하전장치; 및 상기 DC 하전장치 및 상기 마이크로 펄스 하전장치의 운전을 제어하는 상위 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 복합 하전 타입 전기 집진장치의 제어 방법은, 직렬로 연결된 N개(N≥2)의 집진실을 갖는 복합 하전 타입의 전기 집진장치 제어방법으로서, 미리 정해진 시점 마다 제1 번째 집진실부터 제A 번째 집진실 까지의 집진실인 전단 집진실에 설치된 제1 타입 하전장치의 출력 직류전류값을 획득하는 단계; 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값과 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값을 비교하는 단계; 및 비교결과에 따라 상기 제1 타입 하전장치가 출력해야 하는 제1 목표 직류전압값, 제A+1번째 집진실부터 제N 번째 집진실 까지의 집진실인 후단 집진실에 설치된 제2 타입 하전장치가 출력해야 하는 제2 목표 직류전압값, 및 상기 제2 타입 하전장치가 출력해야 하는 펄스 전압값을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 복수개의 집진실들 중 전단에 배치된 제1 집진실에는 DC 하전장치를 설치하고, 제1 집진실의 후단에 배치된 제2 집진실에는 마이크로 펄스 하전장치를 설치함으로써 큰 입자-고비저항을 갖는 분진은 DC하전장치가 포집하고, 미세입자-저비저항을 갖는 분진은 마이크로 펄스 하전장치가 포집할 수 있어 기존과 동일한 집진 면적을 가지고서도 분집 포집 능력을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 집진실의 증설 없이도 집진 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 집진 효율의 향상을 위해 집진실의 증설이 요구되지 않아 전기 집진장치의 운영에 소모되는 전력량을 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 DC 하전장치에서 출력되는 직류전류의 값을 통해 전기 집진장치가 처리해야 하는 부하 상태를 판단할 수 있고, 판단된 부하 상태에 따라 DC 하전장치 및 마이크로 펄스 하전장치의 운전 전압을 가변시켜 집진력을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전압-전류 커브의 특성을 분석하여 마이크로 펄스 하전장치의 초기운전 파라미터를 자동으로 설정하고, DC 하전장치에서 출력되는 직류전류의 값을 인디케이터(Indicator)로 하여 펄스 하전장치들이 출력해야 하는 직류전압 및 펄스전압의 값을 자동으로 결정할 수 있기 때문에, 전기 집진장치의 운전 중 발생되는 순간적인 부하량의 변화에 대응하여 각 집진실에 투입되는 에너지를 적응적으로 조절할 수 있고, 이로 인해 각 집진실에 균일한 에너지가 인가되도록 할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 전기 집진장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 하전 타입의 전기 집진장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 DC 하전장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펄스 하전장치에 의해 분진의 이동도가 증가하는 경향을 보여주는 그래프.
도 5는 도 2에 도시된 마이크로 펄스 하전장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 6은 도 2에 도시된 마이크로 펄스 하전장치의 구성을 예시적으로 보여주는 회로도.
도 7은 도 2에 도시된 상위 제어기의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 자동으로 실행되는 전압-전류 곡선의 일 예를 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 하전 타입의 전기 집진장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 하전 타입의 전기 집진장치 제어 방법을 보여주는 플로우차트.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 해당 구성을 설명하기로 한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
복합 하전 타입 전기 집진장치
제1 실시예
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 하전 타입의 전기 집진장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 하전 타입의 전기 집진장치(200, 이하 '전기 집진장치'라 함)는 집진기 본체(210), DC 하전장치(220), 마이크로 펄스 하전장치(230), 및 상위 제어기(240)를 포함한다.
도 2에서는 도시하지 않았지만, 전기 집진장치(200)는 분진 제거를 위한 추타장치 및 포집된 분진을 이송시키는 이송장치와 같이 다수의 부수적인 장치들을 더 포함할 수 있다.
집진기 본체(210, 이하 '본체'라 함)는 배가스에 포함된 분진을 포집하기 위한 전기 집진이 수행되는 공간으로서, 배가스가 유입되는 입구(212), 배가스에 포함된 분진이 포집되는 집진공간(214), 및 배가스가 배출되는 출구(216)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 배가스에 포함된 분진이 포집되는 집진공간(214)은 복수개의 집진실(214a~214e)로 구성될 수 있다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해 본체(210)가 5개의 집진실을 포함하는 것을 도시하였지만, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 본체(210)는 2개 내지 4개의 집진실을 포함하거나 5개의 이상의 집진실을 포함할 수도 있을 것이다.
각 집진실(214a~214e)에는 각 집진실(214a~214e)에 고전압을 인가하기 위해 DC 하전장치(220) 또는 마이크로 펄스 하전장치(230) 중 어느 하나가 설치된다. 따라서, 각 집진실(214a~214e)에서는 DC 하전장치(220) 또는 마이크로 펄스 하전장치(230)에 의해 공급되는 고전압에 의해 전기 집진이 수행된다.
일 실시예에 있어서, 복수개의 집진실들(214a~214e) 중 전기 집진장치(200)의 전단에 배치된 일부 집진실에는 DC 하전장치(220)가 설치되고, DC 하전장치(220)가 설치된 집진실의 후단에 배치되어 있는 나머지 집진실에는 마이크로 펄스 하전장치(230)가 설치될 수 있다. 예컨대, 전기 집진장치(200)의 전단에 배치된 2개의 집진실(214a, 214b)에는 DC 하전장치(220)가 설치되고, 2개의 집진실(214a, 214b) 이후에 배치된 나머지 3개의 집진실(214c, 214d, 214e)에는 마이크로 펄스 하전장치(220)가 설치될 수 있다.
집진실(214a~214e)들 중 DC 하전장치(220)를 설치할 집진실의 개수와 마이크로 펄스 하전장치(230)를 설치할 집진실의 개수를 결정하기 위해, 5개의 집진실을 갖는 전기 집진장치에 대해 입구분진의 농도는 50g/Nm3이고, 이때 분진의 비저항값은 1010Ω-㎝이상이며, DC 하전장치(220)의 효율은 75%이고, DC 하전장치(220)의 시간당 에너지 소모량은 100%이며, 마이크로 펄스 하전장치(230)에 의한 분진 이동도 증가는 110%이고, 마이크로 펄스 하전장치(230)의 시간당 에너지 소모량은 20%인 것으로 가정하여 실험을 진행한 결과 아래의 표 1과 같은 결과를 획득할 수 있다.
Figure 112014014042280-pat00001
위의 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로 펄스 하전장치(230)의 개수를 증가시키는 것이 출구 분진농도 및 총 에너지 소모량 측면에서 유리하다는 것을 알 수 있다.
출구분진 농도와 에너지 소모량 관점에서, 전기 집진장치(220)는 전체 집진실(214a~214e)들 중 DC 하전장치(220)가 설치되는 집진실 개수와 마이크로 펄스 하전장치(230)가 설치되는 집진실 개수의 비율이 6:4 또는 4:6이 되도록 각 집진실(214a~214e)에 하전장치를 설치하는 것이 바람직하다.
마이크로 펄스 하전장치(230)가 DC 하전장치(220)에 비해 소모하는 에너지 양이 작기 때문에, DC 하전장치(220)보다 마이크로 펄스 하전장치(230)를 더 많은 집집진실에 설치하는 것이 에너지 관리 적인 측면에서 유리하다.
이하, 설명의 편의를 위해 DC 하전장치(220)가 설치되는 모든 집진실(214a, 214b)을 제1 집진실(F1)로 통칭하여 기재하고, 마이크로 펄스 하전장치(230)가 설치되는 모든 집진실(214c, 214d, 214e)을 제2 집진실(F2)로 통칭하여 기재한다.
한편, 각 집진실(214a~214n)에는 분진을 음극으로 대전시키는 복수개의 방전극(미도시) 및 양극으로 대전되어 분진을 포집하는 집진판(미도시)이 설치된다.
방전극은 DC 하전장치(220) 또는 마이크로 펄스 하전장치(230)에 의해 고전압이 인가되면 코로나 방전에 의한 이온화 현상을 통해 음이온을 발생시키는 것으로서, 철선 또는 강체 형태로 이루어질 수 있다. 방전극에서 발생된 음이온은 기류 중으로 흘러 입자와 충돌하게 되어, 분진을 음이온으로 대전시킨다. 음이온으로 하전된 분진입자는 집진판으로 이동하게 된다.
집진판은 양극으로 대전되어 음이온으로 하전된 분진입자를 흡착한다. 일 실시예에 있어서, 집진판은 판 형상으로 이루어질 수 있다.
다음으로, DC 하전장치(220)는 전기 집진장치(200)의 전단에 배치되어 있는 집진실인 제1 집진실(F1)에 설치되어, 제1 집진실(F1), 더욱 구체적으로 제1 집진실(F1)에 직류고전압을 인가함으로써 제1 집진실(F1)에서 전기 집진을 수행한다.
본 발명에 따른 DC 하전장치(220)는, 제1 집진실(F1)에 직류 고전압을 인가함으로써, 제1 집진실(F1)로 유입되는 분진 중 입자 크기가 제1 기준치보다 크고 비저항(Resistivity)이 제2 기준치보다 작은 분진을 포집한다.
이와 같이, 본 발명에서 DC 하전장치(220)를 전기 집진장치의 전단에 배치된 제1 집진실(F1)에 설치하는 이유는, DC 하전장치(220)는 입자의 크기가 큰 분진의 포집력이 좋기 때문에, 입자의 크기가 큰 분진을 고정된 크기의 직류 고전압을 이용하여 먼저 포집하기 위한 것이다.
이하, 이러한 DC 하전장치(220)의 구성을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 DC 하전장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, DC 하전장치(220)는, 전압 조절부(310), 승압부(320), 정류부(330), 및 리액터(340)를 포함한다.
전압 조절부(310)는, 적어도 하나의 싸이리스터로 구성되어, 외부의 상용전원(350)으로부터 입력되는 교류(AC)전압을 가변하는 역할을 수행한다.
승압부(320)는, 전압 조절부(310)로부터 공급되는 3상 교류전압을 승압시킨다. 즉, 승압부(320)는 전압 조절부(310)로부터 공급되는 수백V의 전압을 수십KV의 전압으로 승압시킨다.
정류부(330)는 다이오드(Diode)로 구성되어 승압부(320)에 의해 승압된 교류전압을 전파 정류하여 직류전압으로 변환한다. 일 실시예에 있어서, 정류부(330)는 승압부(320)에 의해 승압된 교류전압을 전파 정류하여 음(-)의 직류전압으로 변환한다.
본 발명에서, 정류부(330)가 교류전압을 음(-)의 직류전압으로 변환하는 것은, 제1 집진실(F1)에 포함된 방전극에 음(-)의 직류전압을 공급함으로써 제1 집진실(F1) 내에서 방전을 발생시키기 위한 것이다.
리액터(340)는, 제1 집진실(F1) 내에 스파크가 발생한 경우 그 영향이 DC 하전장치(220)에 미치는 것을 방지한다.
다시 도 2를 참조하면, 마이크로 펄스 하전장치(230)는, 제1 집진실(F1)의 후단에 배치되어 있는 집진실인 제2 집진실(F2)에 설치되고, 제2 집진실(F2), 더욱 구체적으로 제2 집진실(F2)에 포함된 방전극에 직류고전압과 펄스전압을 인가함으로써 제2 집진실(F2)에서 전기 집진을 수행한다.
본 발명에 따른 마이크로 펄스 하전장치(230)는, 제2 집진실(F2)에 직류 고전압과 펄스전압을 인가함으로써, 제2 집진실(F2)로 유입되는 분진, 특히 입자 크기가 제1 기준치보다 작고 비저항(Resistivity)이 제2 기준치보다 큰 미세분진을 포집한다.
마이크로 펄스 하전장치(230)에서 미세분진의 포집력이 큰 이유는, 마이크로펄스 하전장치(230)에 의해 공급되는 펄스전압으로 인해 미세분진이 빠르게 대전되어 방전극에서 집진판으로 이동하는 분진의 이동속도가 증가하기 때문이다.
특히, 도 4에 도시된 바와 같이 비저항이 높을 수록, 분진의 이동속도는 더욱 증가하게 된다는 것을 알 수 있다. 높은 비저항은 분진의 화학적 성분조성에 큰 영향을 받는데, 주로 SiO2와 같은 성분을 많이 포함하는 분진들이 1010Ω-㎝이상의 비저항값을 갖기 때문에 다른 성분을 포함하는 분진들에 비해 제2 집진실(214c) 내에서 그 이동속도가 빠르다.
이와 같이, 본 발명의 경우 전기 집진장치(200)의 전단에 배치된 제1 집진실(F1)에는 DC 하전장치(220)를 설치하고 후단에 배치된 제2 집진실(F2)에는 마이크로 펄스 하전장치(230)를 설치함으로써, 미세분진의 집진력이 상승되어 전기 집진장치(200)에서 배출되는 분진의 양을 감소시킬 수 있게 된다.
이하, 이러한 마이크로 펄스 하전장치(220)의 구성을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펄스 하전장치(220)의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로 펄스 하전장치(220)는 제1 직류전압 생성부(510), 제2 직류전압 생성부(520), 충전 커패시터(530), 스위칭 소자(540), 및 제1 커플링 리액터(550), 및 제2 커플링 리액터(560)를 포함한다.
먼저, 제1 직류전압 생성부(510)는 음의 직류전압을 발생시켜 충전 커패시터(530) 및 제2 집진실(F2)에 포함되어 있는 방전극에 음의 직류전압을 공급하는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전압 조절부(512), 제1 승압부(514), 및 제1 정류부(516)를 포함한다.
제1 전압 조절부(512)는, 적어도 하나의 싸이리스터로 구성되어, 외부의 상용전원(570)으로부터 입력되는 교류(AC)전압을 가변하는 역할을 수행한다.
제1 승압부(514)는, 제1 전압 조절부(512)로부터 공급되는 3상 교류전압을 승압시킨다. 즉, 제1 승압부(514)는 제1 전압 조절부(512)로부터 공급되는 수백V의 전압을 수십KV의 전압으로 승압시킨다.
제1 정류부(516)는 다이오드(Diode)로 구성되어 제1 승압부(514)에 의해 승압된 교류전압을 전파 정류하여 직류전압으로 변환한다. 일 실시예에 있어서, 제1 정류부(516)는 제1 승압부(514)에 의해 승압된 교류전압을 전파 정류하여 음(-)의 직류전압으로 변환한다.
본 발명에서, 제1 정류부(516)가 교류전압을 음(-)의 직류전압으로 변환하는 것은, 제2 집진실(F2)에 포함된 방전극에 음(-)의 직류전압을 공급함으로써 제2 집진실(F2) 내에서 방전을 발생시키기 위한 것이다.
다음으로, 제2 직류전압 생성부(520)는 제2 집진실(F2)의 집진판에 인가될 양의 펄스전압의 생성을 위한 양의 직류전압을 생성하여 충전 커패시터(530)에 공급한다. 즉, 제2 직류전압 생성부(520)는 제2 집진실(F2)의 방전극을 기준전위로 할 때, 음의 펄스전압을 생성하여 제2 집진실(F2)의 방전극에 인가하게 된다.
이러한 제2 직류전압 생성부(520)는 도 5에 도시된 바와 같이 제2 전압 조절부(522), 제2 승압부(524), 및 제2 정류부(526)를 포함한다.
제2 전압 조절부(522)는, 적어도 하나의 싸이리스터로 구성되어, 외부의 상용전원(570)으로부터 입력되는 교류(AC)전압을 가변하는 역할을 수행한다.
제2 승압부(524)는, 제2 전압 조절부(522)로부터 공급되는 3상 교류전압을 승압시킨다. 즉, 제2 승압부(524)는 제2 전압 조절부(522)로부터 공급되는 수백V의 전압을 수십KV의 전압으로 승압시킨다.
제2 정류부(526)는 다이오드(Diode)로 구성되어 제2 승압부(524)에 의해 승압된 교류전압을 전파 정류하여 직류전압으로 변환한다. 일 실시예에 있어서, 제2 정류부(526)는 제2 승압부(524)에 의해 승압된 교류전압을 전파 정류하여 양(+)의 직류전압으로 변환한다.
본 발명에서, 제2 정류부(526)가 교류전압을 양(+)의 직류전압으로 변환하는 것은, 충전 커패시터(530)에 양의 직류전압을 공급하고, 이를 통해 제2 집진실(F2)에 포함된 방전극에 음의 펄스전압이 공급되도록 하기 위한 것이다.
다음으로, 충전 커패시터(530)는, 일단은 제1 직류전압 생성부(510)에 연결되고, 타단은 제2 직류전압 생성부(520)에 연결되어 제1 직류전원 생성부(510)로부터 공급되는 음(-)의 직류전압과 제2 직류전압 생성부(520)로부터 공급되는 양(+)의 직류전압을 이용하여 충전을 수행한다. 또한, 충전 커패시터(530)는 충전된 전압을 제2 집진실(F2)에 포함된 집진판에 방전함으로서 집진판에 펄스전압이 인가되도록 한다. 이러한 충전 커패시터(530)에 의해 제2 집진실(F2)의 방전극에는 음의 펄스전압이 인가된다.
스위칭 소자(540)는 제2 직류전압 생성부(520)에 연결되는 충전 커패시터(530)의 단자에 연결되어, 충전 커패시터(530)에 충전되어 있는 전압이 소정의 펄스 주파수를 갖는 펄스 형태로 집진판에 방전되도록 한다. 즉, 스위칭 소자(540)는 온오프 동작을 통해 충전 커패시터(530)에 충전되어 있는 전압이 펄스전압 형태로 제2 집진실(F2)에 인가되도록 한다.
제1 및 제2 커플링 리액터(550, 560)는, 제1 직류전압 생성부(510) 및 제2 직류전압 생성부(520)의 과도상태가 상대측에 영향을 미치지 않도록 하는 것으로서, 동일 코어에 상호 역방향으로 권선되어 있어 자기 커플링 되어 있다. 즉, 제1 및 제2 커플링 리액터(550, 560)는 제2 집진실(F2) 내에 스파크가 발생한 경우에도 그 영향이 제1 직류전압 생성부(510) 및 제2 직류전압 생성부(520)에 미치는 것을 방지한다.
도 6은 상술한 바와 같은 마이크로 펄스 시스템(230)의 구체적인 구성을 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 마이크로 펄스 시스템(230)은, 제1 직류전압 생성부(510), 제2 직류전압 생성부(520), 충전 커패시터(530), 스위칭 소자(540), 제1 커플링 리액터(550), 및 제2 커플링 리액터(560)를 포함하고, 추가적으로, 제어부(565), 비상주감쇄코일(582), 출력전압 측정부(584), 커패시터 보호부(586), 스위칭 소자 전압 검출부(588), 및 펄스형성 리액터(590)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 직류전압 생성부(510)는, 제1 전압 조절부(512), 제1 승압부(514), 및 제1 정류부(516)를 포함하고, 추가적으로 제1 전압 조절부(510)는 제1 필터(518)를 더 포함할 수 있다.
제1 필터(518)는, 저항(R) 및 커패시터(C)로 구성되고, 제1 정류부(516)에서 출력되는 직류전압에서 맥류성분을 제거한다. 이외에도, 제1 필터(518)는 제1 정류부(316)에 순간과도전류인가를 방지하는 역할을 수행한다.
다음으로, 제2 직류전압 생성부(520)는 상술한 바와 같이, 제2 전압 조절부(522), 제2 승압부(524), 및 제2 정류부(526)를 포함하고, 추가적으로 제2 전압 조절부(520)는 제2 필터(528)를 더 포함할 수 있다.
제2 필터(528)는, 저항(R) 및 커패시터(C)로 구성되고, 제2 정류부(526)에서 출력되는 직류전압에서 맥류성분을 제거한다. 이외에도, 제2 필터(528)는 제2 정류부(526)에 순간과도전류인가를 방지하는 역할을 수행한다.
충전 커패시터(530), 스위칭 소자(540), 제1 커플링 리액터(550), 및 제2 커플링 리액터(560)는 상술하였기 때문에 구체적인 설명은 생략한다.
제어부(565)는 상위 제어기(240)로부터 전달되는 지령값에 따라 제1 직류전압 생성부(510) 및 제2 직류전압 생성부(520)를 통해 공급되는 전원을 제어하고, 스위칭 소자(540)에 트리거 신호를 전송하여 펄스 전압이 인가되도록 제어한다.
비상주감쇄코일(Transient Damping Coil, 582)은 최종 출력단에 부하와 직렬로 연결되어 저항(592)과 함께 부하 단락시 역방향으로 유기되는 고주파 서지(Surge) 전류를 차단하는 기능을 수행한다.
출력전압 측정부(584)는 출력의 전단에 위치하여 출력 전압의 크기를 측정하기 위해 저항 및 커패시터로 구성된 전압 분배회로이다.
커패시터 보호부(586)는 저항, 커패시터, 및 다이오드로 구성되어 충전 커패시터(530)를 보호하는 역할을 수행한다.
스위칭 소자 전압 검출부(588)는 충전 커패시터(530)에 직렬로 연결되어 펄스전압의 크기를 측정하기 위해 저항 및 커패시터로 구성된 전압분배회로이다.
펄스형성 리액터(590)는 공심 리액터로써, 충전 커패시터(530)에 직렬로 연결되어 펄스 운전시 집진판에 인가되는 펄스전압의 폭을 조절한다.
다시 도 2를 참조하면, 상위 제어기(240)는 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 운전을 제어하기 위해 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 운전을 위한 지령값을 생성하여 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)로 전달한다.
일 실시예에 있어서, 지령값은 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 초기 운전 파라미터인 초기 직류전압값 또는 초기 펄스전압 값과 정상 운전 파라미터인 목표 직류전압값 또는 목표 펄스전압값을 포함한다.
이하, 이러한 상위 제어기(240)의 구성을 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상위 제어기(240)의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상위 제어기(240)는, 초기값 설정부(710), 부하상태 판단부(720), 목표값 조절부(730), 및 데이터 송수신부(740)를 포함한다.
먼저, 초기값 설정부(710)는, DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 초기 운전 파라미터를 설정한다. 이때, 초기값 설정부(710)는 DC 하전장치(220)의 초기 운전 파라미터로써 제1 초기 직류전압값(VDC1)을 설정하고, 마이크로 펄스 하전장치(230)의 초기 운전 파라미터로써 제2 초기 직류전압값(VDC2)과 초기 펄스전압값(VPS)을 설정한다.
일 실시예에 있어서, 초기값 설정부(710)는 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230) 별로 도 8에 도시된 바와 같은 전압-전류 곡선(V-I Curve)을 획득하고, 획득된 전압-전류 곡선 상에서 전류가 흐르기 시작하는 지점의 전압인 코로나 온셋 전압(VONSET)과 절연 파괴가 발생되는 스파크 전압(VSPARK)을 획득한다. 초기값 설정부(710)는 획득된 코로나 온셋 전압(VONSET) 및 스파크 전압(VSPARK)을 기초로 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 초기운전 파라미터를 설정할 수 있다.
구체적으로, 초기값 설정부(710)는 아래의 수학식 1을 만족하도록 DC 하전장치(220)의 초기 운전 파라미터인 제1 초기 직류전압값(VDC1)을 설정한다.
Figure 112014014042280-pat00002
일 실시예에 있어서, 초기값 설정부(710)는 스파크 전압(VSPARK)의 직전값을 DC 하전장치(220)의 제1 초기 직류전압값(VDC1)으로 설정함으로써 초기에 많은 전류가 투입되도록 할 수 있다.
또한, 초기값 설정부(710)는 아래의 수학식 2를 만족하도록 마이크로 펄스 하전장치(230)의 초기 운전 파라미터인 제2 초기 직류전압값(VDC2)을 설정한다.
Figure 112014014042280-pat00003
또한, 초기값 설정부(710)는 아래의 수학식 3을 만족하도록 마이크로 펄스 하전장치(230)의 초기 운전 파라미터인 초기 펄스 전압값(VPS)를 설정하고, 이때 펄스전압값(VPS)은 제2 직류 초기전압값(VDC2)보다 큰 값으로 설정한다.
Figure 112014014042280-pat00004
마이크로 펄스 하전장치(230)의 경우, 상술한 수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 초기값 설정부(710)는 마이크로 펄스 하전장치(230)의 제2 초기 직류전압값(VDC2)을 스파크 전압(VSPARK)의 절반 직전값으로 설정하고, 수학식 3에 기재된 바와 같은 크기를 갖는 펄스전압(VPS)를 추가로 인하게 되므로 결과적으로 초기에 투입되는 전류량을 감소시켜 에너지 소모량을 감소시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 마이크로 펄스 하전장치(230)는 제2 집진실(F2)에 직류전압 이외에 펄스전압이 추가로 인가되기 때문에, 결과적으로 직류전압과 펄스전압의 총 합이 DC 하전장치(220)에 의해 공급되는 직류전압 보다 높아지게 되어 순간적인 하전력을 증가시킬 수 있고, 직류 고전압만의 인가에 의한 제2 집진실(F2) 내의 과도한 하전을 제한하고 펄스전압에 의한 하전을 증가시켜 에너지 절감 및 집진 효율을 향상시키게 된다.
다음으로, 부하상태 판단부(720)는 전기 집진장치(200)로 유입되는 분진의 양을 나타내는 부하상태를 판단한다. 부하 상태 판단부(720)가 전기 집진장치(200)의 부하 상태를 판단하는 이유는, 전기 집진장치(200)에 유입되는 배기가스의 양은 비교적 균일한 편이나 배기가스 발생원인 연소로, 발전로, 또는 소각로와 같은 로 자체의 운전 변화에 의해 배기가스의 양이 가변될 수 있기 때문에, 전기 집진장치(200)가 처리해야 하는 분진의 양 또한 가변될 수 있으므로, 변화되는 분진의 양에 따라 전기 집진장치(200)를 최적의 상태로 운전하기 위한 것이다.
일 실시예에 있어서, 부하상태 판단부(720)는 데이터 송수신부(740)를 통해 미리 정해진 주기로 획득되는 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류의 값을 기초로 전기 집진장치(200)의 부하 상태를 판단할 수 있다.
구체적으로, 부하상태 판단부(720)는 현재시점에서 획득된 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류의 값이 직전시점에서 획득된 DC 하전장치의 출력 직류전류의 값보다 크면 전기 집진장치(200)로 유입되는 분진의 양이 증가하는 중부하 상태로 판단한다.
또한, 부하상태 판단부(720)는 현재시점에서 획득된 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류의 값이 직전시점에서 획득된 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류의 값보다 작으면 전기 집진장치(200)로 유입되는 분진의 양이 감소하는 경부하 상태로 판단한다.
상술한 실시예에 있어서, 부하상태 판단부(720)는 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류값을 이용하여 전기 집진장치(200)의 부하상태를 판단하는 것으로 설명하였다. 하지만, 변형된 실시예에 있어서, 부하상태 판단부(720)는 미리 정해진 주기마다 전기 집진장치(200)의 입구(212) 측에 배치된 유량센서(미도시)에 의해 센싱되는 값을 데이터 송수신부(740)를 통해 수신하고, 수신된 센싱값을 통해 전기 집진장치(200)의 부하상태를 판단할 수도 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 현재 시점에서 센싱된 값이 직전시점에서 센싱된 값보다 증가하면 중부하 상태로 판단하고, 현재 시점에서 센싱된 값이 직전시점에서 센싱된 값보다 감소하면 경부하 상태로 판단할 수 있다.
다음으로, 목표값 조절부(730)는 부하상태 판단부(720)에 의해 판단된 전기 집진장치(200)의 부하상태에 따라 DC 하전장치(200) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 목표값을 조절한다.
즉, 목표값 조절부(730)는 전기 집진장치(200)의 부하 상태에 따라 DC 하전장치(220)가 출력해야 하는 제1 목표 직류전압값을 조절하거나, 마이크로 펄스 하전장치(230)가 출력해야 하는 제2 목표 직류전압값 및 목표 펄스전압값을 조절한다.
구체적으로, 부하상태 판단부(720)에 의해 중부하 상태인 것으로 판단되면, 목표값 조절부(730)는 집진력을 향상시키기 위해 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 운전 전압을 상승시킨다. 즉, 목표값 조절부(730)는 중부하 상태인 것으로 판단되면, DC 하전장치(220)에서 출력해야 하는 제1 목표 직류전압값, 마이크로 펄스 하전장치(230)에서 출력해야 하는 제2 목표 직류전압값, 및 마이크로 펄스 하전장치(230)에서 출력해야 하는 목표 펄스전압값을 미리 정해진 값(예컨대, 10~20%)만큼 증가시킨다.
일 실시예에 있어서, 목표값 조절부(730)는 마이크로 펄스 하전장치(230)의 목표 펄스전압 증가에 따라 목표 펄스 전압값이 상한값에 도달하면, 목표 펄스 전압값의 증가 대신에 목표 펄스전압의 주파수를 미리 정해진 값만큼 증가시킬 수 있다.
한편, 부하상태 판단부(720)에 의해 전기 집진장치(200)가 경부하 상태인 것으로 판단되면, 목표값 조절부(730)는 제1 목표 직류전압값 및 제2 목표 직류전압 값은 미리 정해진 값만큼 감소시키고 목표 펄스전압값은 유지시킨다. 전기 집진장치(200)가 경부하 상태인 경우, 목표값 조절부(730)가 마이크로 펄스 하전장치(230)의 펄스전압을 감소시키지 않고 유지시키는 이유는, 부하 경감은 총량적인 측면에서 부하의 경감을 의미하는 것일 뿐 미세분진의 양은 그대로 유지되고 있는 것이므로 펄스전압의 값을 이전 값으로 유지시킴으로써 미세분진을 지속적으로 포집하기 위한 것이다. 만약, 경부하 상태에서 펄스전압값을 감소시키게 되면 미세분진의 포집력이 하강하여 순간적으로 전기 집진장치(200)의 집진 효율이 감소할 수 있게 된다.
한편, 목표값 조절부(730)는 부하 상태의 변화가 없는 경우에는, 제1 목표 직류전압값, 제2 목표 직류전압값, 및 목표 펄스전압값을 이전 값으로 유지시킨다.
상술한 실시예에 있어서는, 목표값 조절부(730)가 부하상태 판단부(720)의 판단결과에 따라 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 목표값을 조절하는 것으로 설명하였지만, 변형된 실시예에 있어서, 목표값 조절부(730)는 부하 상태에 관계없이 데이터 송수신부(740)를 통해 미리 정해진 주기로 획득되는 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류의 값을 기초로 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 목표값을 직접 조절할 수도 있다.
구체적으로, 목표값 조절부(730)는 현재시점에서 획득된 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류값보다 크면 제1 목표 직류전압값, 제2 목표 직류전압값, 및 목표 펄스전압값을 미리 정해진 값만큼 증가시킨다.
목표값 조절부(730)는 현재시점에서 획득된 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류값보다 작으면 제1 목표 직류전압값 및 제2 목표 직류전압값은 미리 정해진 값만큼 감소시키고 목표 펄스전압값은 유지시킨다.
목표값 조절부(730)는 현재시점에서 획득된 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류값과 동일하면, 제1 목표 직류전압값, 제2 목표 직류전압값, 및 목표 펄스전압값을 이전 값으로 유지시킨다.
목표값 조절부(730)는 조절된 제1 목표 직류전압값을 데이터 송수신부(740)를 통해 DC 하전장치(220)로 전달하고, 조절된 제2 목표 직류전압값, 및 목표 펄스전압값을 데이터 송수신부(740)를 통해 마이크로 펄스 하전장치(230)로 전달한다.
본 발명은 전기 집진장치(200)의 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류값을 인디케이터(Indicator)로 하여 전기 집진장치(200)의 부하상태를 판단하거나, DC 하전장치(220)의 제1 목표 직류전압값, 마이크로 펄스 하전장치(230)의 제2 목표 직류전압값, 및 마이크로 펄스 하전장치(230)의 목표 펄스전압값을 조절할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 부하상태에 따라 전기 집진장치(200)를 가변적으로 운전할 수 있고, 전기 집진장치(200)의 운전 중 발생되는 순간적인 부하량의 변화에 따라 에너지 투입을 적응적으로 조절하여 전기 집진장치(200)에 적절한 에너지를 균일하게 인가할 수 있게 된다.
데이터 송수신부(740)는 DC 하전장치(220) 및 마이크로 펄스 하전장치(230)와 연결된다.
데이터 송수신부(740)는 미리 정해진 주기마다 획득되는 DC 하전장치(220)의 출력 직류전류값 및 출력 직류전압값을 부하상태 판단부(720) 또는 목표값 조절부(730)로 전달한다.
데이터 송수신부(740)는 미리 정해진 주기마다 획득되는 마이크로 펄스 하전장치(230)의 출력 직류전류값, 출력 직류전압값, 및 출력 펄스전압값을 부하상태 판단부(720) 또는 목표값 조절부(730)로 전달한다.
데이터 송수신부(740)는 목표값 조절부(730)로부터 수신되는 제1 목표 직류전압값을 DC 하전장치(220)로 전달하고, 제2 목표 직류전압값 및 펄스전압값을 마이크로 펄스 하전장치(230)로 전달한다.
제2 실시예
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 하전 타입의 전기 집진장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 하전 타입의 전기 집진장치(900, 이하 '전기 집진장치'라 함)는 집진기 본체(910), 제1 하전장치(920), 및 제2 타입 하전 장치(930)를 포함한다.
도 9에서는 도시하지 않았지만, 전기 집진장치(900)는 분진 제거를 위한 추타장치 및 포집된 분진을 이송시키는 이송장치와 같이 다수의 부수적인 장치들을 더 포함할 수 있다.
집진기 본체(910, 이하 '본체'라 함)는 배가스에 포함된 분진을 포집하기 위한 전기 집진이 수행되는 공간으로서, 배가스가 유입되는 입구(912), 배가스에 포함된 분진이 포집되는 집진공간(914), 및 배가스가 배출되는 출구(916)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 배가스에 포함된 분진이 포집되는 집진공간(914)은 직렬로 배치된 N개(N≥2)의 집진실을 포함한다. 도 9에서는 설명의 편의를 위해 집진공간(914)이 5개의 집진실로 구성되는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 집진공간(914)은 2개 내지 4개의 집진실을 포함하거나 5개의 이상의 집진실을 포함할 수도 있을 것이다.
제1 타입 하전장치(920)는 제1 번째 집진실(914a)부터 제A 번째 집진실(914b)까지의 집진실인 전단 집진실(F1)에 각각 설치되어, 배가스에 포함된 분진을 포집하기 위해 전단 집진실(F1)에 직류 고전압을 인가한다.
일 실시예에 있어서, 제1 타입 하전장치(920)는 도 3에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 DC 하전장치일 수 있다. DC 하전장치의 구성은 도 3에 대한 설명에서 구체적으로 기재하였으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 타입 하전장치(930)는 제A+1번째 집진실(914c)부터 제N 번째 집진실(914e) 까지의 집진실인 후단 집진실(F2)에 각각 설치되어, 기 배가스에 포함된 분진을 포집하기 위해 후단 집진실(F2)에 펄스전압을 인가한다. 이때, 제2 타입 하전장치는 펄스전압을 생성하기 위해, 후단 집진실(F2)의 방전극에 음의 직류전원을 공급하기 위한 직류전원공급부와 후단 집진실(F2)의 방전극에 음의 펄스전원을 공급하는 펄스전원공급부를 포함할 수 있다.
이러한 실시예에 따르는 경우, 직류전원공급부는 도 5에 도시된 제1 직류전압 생성부(510)를 포함하고, 펄스전원공급부는 도 5에 도시된 제2 직류전압 생성부(520), 충전 커패시터(530), 및 스위칭 소자(540)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 타입 하전 장치(930)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 마이크로 펄스 하전장치일 수 있다. 마이크로 펄스 하전장치의 구성은 도 5 및 도 6에 대한 설명에서 구체적으로 기재하였으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 실시예에 있어서, 제1 타입 하전장치(920)가 설치되는 전단 집진실의 개수 및 제2 타입 하전장치(930)가 설치되는 후단 집진실의 개수 간의 비율, 즉 제1 타입 하전장치(920)의 개수 및 상기 제2 타입 하전 장치(930)의 개수 간의 비율은, 전기 집진 장치(900)에서 요구되는 출구 분진 농도 및 출력 에너지에 따라 결정될 수 있다.
복합 하전 타입 전기 집진장치의 제어 방법
이하, 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 복합 하전 타입 전기 집진장치의 제어 방법에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 하전 타입 전기 집진장치의 제어 방법을 보여주는 플로우차트이다. 도 8에 도시된 제어방법은 N개(N≥2)의 집진실들이 직렬로 연결되어 구성된 전기 집진장치에서 제1 번째 집진실부터 제A번째 집진실 까지의 집진실인 전단 집진실에는 제1 타입 하전장치가 설치되고, 제A+1번째 집진실부터 제N번째 집진실 까지의 집진실인 후단 집진실에는 제2 타입 하전장치가 설치되어 있는 전기 집진장치에 적용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 타입 하전장치는 DC 하전장치이고 제2 타입 하전장치는 마이크로 펄스 하전장치일 수 있다.
이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해, 제1 타입 하전장치는 DC 하전장치이고 제1 타입 하전장치가 설치된 전단 집진실을 제1 집진실로 통칭하여 기재한다. 또한, 제2 타입 하전장치는 마이크로 펄스 하전장치이고, 제2 타입 하전장치가 설치된 후단 집진실을 제2 집진실로 통칭하여 기재하기로 한다.
먼저, DC 하전장치와 마이크로 펄스 하전장치의 운전을 제어하는 상위 제어기가 미리 정해진 시점 마다 제1 집진실에 설치된 DC 하전장치의 출력 직류전류값을 획득한다(S1000).
이후, 상위 제어기가 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값과 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값을 비교한다(S1010).
S1010의 비교결과, 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 크면(제1 케이스), 상위 제어기는 DC 하전장치가 출력해야 하는 제1 목표 직류전압값, 마이크로 펄스 하전장치가 출력해야 하는 제2 목표 직류전압값, 및 마이크로 펄스 하전장치가 출력해야 하는 목표 펄스전압값을 미리 정해진 값만큼 증가시킨다(S1020).
일 실시예에 있어서, 상위 제어기는 목표 펄스전압값의 증가로 인해 목표 펄스전압값이 상한값에 도달하면 목표 펄스 전압값의 증가 대신에 목표 펄스전압의 주파수를 미리 정해진 값만큼 증가시킬 수 있다.
S1010의 비교결과, 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 작으면(제2 케이스), 상위 제어기는 제1 목표 직류전압값 및 제2 목표 직류전압값은 미리 정해진 값만큼 감소시키고 목표 펄스전압값은 유지시키킨다(S1030).
S1010의 비교결과, 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값과 동일하면(제3 케이스), 상위 제어기는 제1 목표 직류전압값, 제2 목표 직류전압값, 및 목표 펄스전압값을 이전 값으로 유지시킨다(S1030).
한편, 도 10에서 도시하지는 않았지만, 상위 제어기는 DC 하전장치와 마이크로 펄스 하전장치의 초기 운전을 위한 초기 운전 파라미터를 설정하는 과정을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상위 제어기는 DC 하전장치 및 마이크로 펄스 하전장치의 전압-전류 곡선 상에서 전류가 흐르기 시작하는 지점의 전압인 코로나 온셋 전압(VONSET)과 절연 파괴가 발생되는 스파크 전압(VSPARK)을 기초로 DC 하전장치의 및 마이크로 펄스 하전장치의 초기운전 파라미터를 설정할 수 있다.
구체적으로, 상위 제어기는 상술한 수학식 1을 만족하도록 DC 하전장치의 초기 운전 파라미터인 제1 초기 직류전압값(VDC1)을 설정하고, 상술한 수학식 2를 만족하도록 마이크로 펄스 하전장치의 초기 운전 파라미터인 제2 초기 직류전압값(VDC2)을 설정하면, 상술한 수학식3을 만족하도록 마이크로 펄스 하전장치의 초기 우전 파라미터인 펄스 전압값(VPS)를 설정한다.
상위 제어기는, 설정된 제1 초기 직류전압값 및 제1 목표 직류전압값을 DC 하전장치로 전송함으로써 DC 하전장치가 제1 초기 직류전압값 및 제1 목표 직류전압값에 따라 동작하도록 한다. 또한, 상위 제어기는 설정된 제2 초기 직류전압값, 초기 펄스전압값, 제2 목표 직류전압값, 및 목표 펄스전압값을 마이크로 펄스 하전장치로 전송함으로써 마이크로 펄스 하전장치가 제2 초기 직류전압값, 초기 펄스전압값, 제2 목표 직류전압값, 및 목표 펄스전압값에 따라 동작하도록 한다.
한편, 도 10에서는 도시하지는 않았지만 상위 제어기는 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값과 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값을 기초로 전기 집진장치의 부하상태를 판단하는 과정을 더 수행할 수도 있다.
구체적으로, 상위 제어기는 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 크면 전기 집진장치의 부하가 중부하 상태인 것으로 판단하고, 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 작으면 전기 집진장치의 부하가 경부하 상태인 것으로 판단하면, 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값과 동일하면 이전의 부하상태가 유지되고 있는 것으로 판단한다.
이러한 실시예에 따르는 경우, 상위 제어기는 전기 집진장치의 부하가 중부하 상태인 경우 상술한 S1020을 수행하고, 전기 집진장치의 부하가 경부하 상태인 경우 상술한 S1030을 수행하며, 전기 집진장치의 부하가 이전의 상태를 유지하고 있는 경우 상술한 S1040을 수행한다.
상술한 전기 집진장치의 제어방법은 다양한 컴퓨터 수단을 이용하여 수행될 수 있는 프로그램 형태로도 구현될 수 있는데, 이때 전기 집진장치의 제어방법을 수행하기 위한 프로그램은 하드 디스크, CD-ROM, DVD, 롬(ROM), 램, 또는 플래시 메모리와 같은 컴퓨터로 판독할 수 있는 기록 매체에 저장된다.
본 명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200: 전기 집진장치 210: 집진기 본체
220: DC 하전장치 230: 마이크로 펄스 하전장치
240: 상위 제어기 710: 초기값 설정부
720: 부하상태 판단부 730: 목표값 조절부
740: 데이터 송수신부

Claims (17)

  1. 배가스에 포함된 분진이 포집되는 복수개의 집진실을 포함하는 본체;
    상기 복수개의 집진실 중 제1 집진실에 설치되고, 상기 제1 집진실에 직류고전압을 인가하여 상기 제1 집진실에서 전기 집진을 수행하는 DC 하전장치;
    상기 제1 집진실의 후단에 배치된 제2 집진실에 설치되고, 상기 제2 집진실에 직류고전압 및 펄스전압을 인가하여 상기 제2 집진실에서 전기 집진을 수행하는 마이크로 펄스 하전장치; 및
    상기 DC 하전장치 및 상기 마이크로 펄스 하전장치의 운전을 제어하는 상위 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체에는, 상기 DC 하전장치가 설치되는 제1 집진실과 상기 마이크로 펄스 하전장치가 설치되는 제2 집진실이 4:6 또는 6:4의 비율로 포함되고,
    상기 DC 하전장치 및 상기 마이크로 펄스 하전장치는 각 집진실 별로 설치되는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상위 제어기는,
    상기 DC 하전장치 및 상기 마이크로 펄스 하전장치의 전압-전류 곡선(V-I Curve) 상에서 전류가 흐르기 시작하는 지점의 전압인 코로나 온셋 전압(VONSET)과 절연 파괴가 발생되는 스파크 전압(VSPARK)을 획득하고, 상기 코로나 온셋 전압 VONSET) 및 스파크 전압(VSPARK)을 기초로 상기 DC 하전장치 및 상기 마이크로 펄스 하전장치의 초기운전 파라미터를 설정하는 초기값 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 DC하전장치의 초기 운전 파라미터는 초기 직류전압값(VDC1)을 포함하고, 상기 마이크로 펄스 하전장치의 초기 운전 파라미터는 초기 직류전압값(VDC2) 및 초기 펄스전압값(VPS)을 포함하며,
    상기 초기값 설정부는, 수학식
    Figure 112014014042280-pat00005
    을 만족하도록 상기 DC 하전장치의 초기 직류전압값(VDC1)을 설정하고, 수학식
    Figure 112014014042280-pat00006
    을 만족하도록 상기 마이크로 펄스 하전장치의 초기 직류전압값(VDC2)를 설정하며, 수학식
    Figure 112014014042280-pat00007
    을 만족하도록 상기 마이크로 펄스 하전장치의 초기 펄스전압값(VPS)을 설정하는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상위 제어기는,
    상기 전기 집진장치로 유입되는 분진의 양을 나타내는 부하 상태를 판단하는 부하상태 판단부를 더 포함하고,
    상기 부하상태 판단부는, 상기 DC 하전장치의 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 크면 상기 전기 집진장치로 유입되는 분진의 양이 증가하는 중부하 상태로 판단하고, 상기 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 작으면 상기 전기 집진장치로 유입되는 분진의 양이 감소하는 경부하 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 집진장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상위 제어기는,
    상기 전기 집진장치로 유입되는 분진의 양을 나타내는 부하 상태를 판단하는 부하상태 판단부; 및
    중부하 상태이면 상기 DC 하전장치에서 출력해야 하는 제1 목표 직류전압값, 상기 마이크로 펄스 하전장치에서 출력해야 하는 제2 목표 직류전압값, 및 상기 마이크로 펄스 하전장치에서 출력해야 하는 목표 펄스전압값을 미리 정해진 값만큼 증가시키고, 경부하 상태이면 상기 제1 목표 직류전압값 및 제2 목표 직류전압값은 미리 정해진 값만큼 감소시키고 상기 목표 펄스전압값은 유지시키는 목표값 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상위 제어기는,
    상기 DC 하전장치의 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값과 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값에 따라 상기 DC 하전장치에서 출력해야 하는 제1 목표 직류전압값과 상기 마이크로 펄스 하전장치에서 출력해야 하는 제2 목표 직류전압값 및 목표 펄스전압값을 조절하는 목표값 조절부를 포함하고,
    상기 목표값 조절부는, 상기 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 크면 상기 제1 목표 직류전압값, 제2 목표 직류전압값, 및 목표 펄스전압값을 미리 정해진 값만큼 증가시키고, 상기 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 작으면 상기 제1 목표 직류전압값 및 제2 목표 직류전압값은 미리 정해진 값만큼 감소시키고 상기 목표 펄스전압값은 유지시키는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진장치.
  8. 제6항 또는 제7에 있어서,
    상기 목표값 조절부는, 상기 목표 펄스전압값이 증가하여 상한값에 도달하면 상기 목표 펄스전압의 주파수를 미리 정해진 값만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 DC하전장치는 상기 직류고전압을 이용하여 상기 제1 집진실로 유입되는 분진 중 입자 크기가 제1 기준치보다 크고 비저항(Resistivity)이 제2 기준치보다 작은 분진을 포집하고, 상기 마이크로 펄스 하전장치는 상기 직류고전압 및 펄스전압을 이용하여 상기 제2 집진실로 유입되는 분진 중 입자크기가 제1 기준치보다 작고 비저항이 제2 기준치보다 큰 분진을 포집하는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진 장치.
  10. 배가스가 인입되도록 직렬로 배치된 N개(N≥2)의 집진실을 포함하는 본체;
    제1 번째 집진실부터 제A 번째 집진실 까지의 집진실인 전단 집진실에 각각 설치되고, 상기 배가스에 포함된 분진을 포집하기 위해 상기 전단 집진실에 직류 고전압을 인가하는 제1 타입 하전장치; 및
    제A+1번째 집진실부터 제N 번째 집진실 까지의 집진실인 후단 집진실에 각각 설치되고, 상기 배가스에 포함된 분진을 포집하기 위해 상기 후단 집진실에 직류 고전압 및 펄스전압을 인가하는 제2 타입 하전장치를 포함하고,
    상기 제2 타입 하전장치는 상기 후단 집진실의 방전극에 음의 직류전원을 공급하기 위한 직류전원공급부와 상기 후단 집진실의 방전극에 음의 펄스전원을 공급하기 위한 펄스전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복합 하전 타입의 전기 집진 장치에서 요구되는 출구 분진 농도 및 출력 에너지에 따라 제1 타입 하전장치의 개수 및 상기 제2 타입 하전 장치의 개수 간의 비율이 결정되는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진 장치.
  12. 직렬로 연결된 N개(N≥2)의 집진실을 갖는 복합 하전 타입의 전기 집진장치 제어방법으로서,
    미리 정해진 시점 마다 제1 번째 집진실부터 제A 번째 집진실 까지의 집진실인 전단 집진실에 설치된 제1 타입 하전장치의 출력 직류전류값을 획득하는 단계;
    현재시점에서 획득된 출력 직류전류값과 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값을 비교하는 단계; 및
    비교결과에 따라 상기 제1 타입 하전장치가 출력해야 하는 제1 목표 직류전압값, 제A+1번째 집진실부터 제N 번째 집진실 까지의 집진실인 후단 집진실에 설치된 제2 타입 하전장치가 출력해야 하는 제2 목표 직류전압값, 및 상기 제2 타입 하전장치가 출력해야 하는 펄스 전압값을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진장치 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 조절하는 단계에서,
    상기 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 크면 상기 제1 목표 직류전압, 제2 목표 직류전압값, 및 목표 펄스전압값을 미리 정해진 값만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 복합 하전타입의 전기 집진장치 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 조절하는 단계에서,
    상기 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 크고 상기 목표 펄스전압값이 증가하여 상한값에 도달하면 상기 목표 펄스전압의 주파수를 미리 정해진 값만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진장치 제어방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 조절하는 단계에서,
    상기 현재시점에서 획득된 출력 직류전류값이 직전시점에서 획득된 출력 직류전류값보다 작으면 상기 제1 목표 직류전압값 및 제2 목표 직류전압값은 미리 정해진 값만큼 감소시키고 상기 목표 펄스전압값은 유지시키는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진장치 제어방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 타입 하전장치 및 상기 제2 타입 하전장치의 전압-전류 곡선 상에서 전류가 흐르기 시작하는 지점의 전압인 코로나 온셋 전압(VONSET)과 절연 파괴가 발생되는 스파크 전압(VSPARK)을 기초로 상기 제1 타입 하전장치 및 상기 제2 타입 하전장치의 초기운전 파라미터를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진 장치 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 타입 하전장치의 초기 운전 파라미터는 초기 직류전압값(VDC1)을 포함하고, 상기 제2 타입 하전장치의 초기 운전 파라미터는 초기 직류전압값(VDC2) 및 초기 펄스전압값(VPS)을 포함하며,
    상기 제1 타입 하전장치의 초기 직류전압값(VDC1)은 수학식
    Figure 112014014042280-pat00008
    을 만족하도록 설정하고, 상기 제2 타입 하전장치의 초기 직류전압값(VDC2)은 수학식
    Figure 112014014042280-pat00009
    을 만족하도록 설정하며, 상기 제2 타입 하전장치의 초기 펄스전압값(VPS)은 수학식
    Figure 112014014042280-pat00010
    을 만족하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 복합 하전 타입의 전기 집진 장치 제어방법.
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